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科學家實現光的波粒二象性可控量子疊加

時間:2019-09-09 10:12:08 來源:中國科學報

  光究竟是波還是粒子,還是二者的疊加?這個問題對于有量子力學基礎的人并不難回答,但難以回答的是人們能否對這種疊加性質進行操控。日前,《自然—光子學》報道了南京大學物理學院教授馬小松團隊的最新研究結果,該團隊首次演示了單光子波動性和粒子性的非局域可控疊加。


  南京大學固體微結構物理國家重點實驗室、物理學院和微結構科學與技術協同創新中心的研究人員在早期工作基礎上,開發了延遲選擇實驗的量子版本,即單個光子的粒子態和波動態處于相干疊加態。實現波—粒疊加狀態的關鍵是通過其他光子的量子態控制光子在粒子態和波動態之間的轉換。但是,這種“量子控制選擇”的方式,必須使控制單元與主實驗區距離足夠遠,才能保證彼此之間沒有相干性。學界將這一要求稱為“愛因斯坦定域條件”。


  研究人員在一項涉及兩個相距141米的實驗室光學設備的實驗中,最終證明光不僅可以處于波態或粒子態,還可以處于這兩種狀態的量子疊加態。此外,他們還證明,這種量子波粒疊加的性質是可以調整的。


  該實驗是第一個嚴格在愛因斯坦定域條件下的量子延遲選擇實驗,為最終開發量子技術的新實驗能力開辟了新道路。


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